JP2008215349A - 自動車の内燃機関の消費量最適化のための運転方法および操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが車両を消費量最適化で運転可能な、自動車の内燃機関の消費量最適化のための方法および装置を提供する。
【解決手段】自動車の内燃機関の消費量最適化のための運転方法において、内燃機関のエンジン出力が、加速ペダル位置の関数として操作値により設定され、加速ペダル（１）が、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能であり、特定の加速ペダル位置への加速ペダル（１）の調節により、内燃機関が、実際エンジン回転速度（ｎ）に関する消費量最適化エンジン出力で操作され、実際エンジン回転速度における消費量最適化エンジン出力が、結果として最小燃料消費量をもたらす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の内燃機関の消費量を最適化するための方法および装置に関するものである。

自動車においては、ドライバは、加速ペダルの操作を介して、即ち加速ペダル位置を介して、車両が駆動されるべき、ドライバの希望車両トルクないしはドライバの希望エンジン出力を設定する。この場合、内燃機関を備えた自動車においては、加速ペダル位置は、エンジンへの空気供給量を制御する機械式絞り弁の位置にほぼ対応する。加速ペダルと絞り弁との間の結合は、機械的にのみならず電気的に実行されていてもよい。後者の場合、加速ペダル位置に、割当特性曲線を介して、提供された設定値の形で絞り弁位置が割り当てられる。加速ペダル位置には加速ペダル値が割り当てられ、この場合、最大加速ペダル値は、絶対最大可能トルクに対応するか、または実際最大可能トルクに対応する。即ち、ドライバは、最大可能エンジン出力より小さいエンジン出力に対しては「感じで」加速ペダルを操作し、最大可能エンジン出力を要求するためには、加速ペダルは最大に操作される。

しかしながら、自動車の運転が消費量最適化で行われるように加速ペダルを操作することはドライバにとって不可能であり、その理由は、消費量最適化最大エンジン出力は、通常、最大可能エンジン出力よりも、ドライバによって特定可能ではない値だけ小さいので、加速ペダル位置への対応の割当が自動車ドライバによって容易に決定可能ではないからである。

本発明の課題は、ドライバが車両を消費量最適化で運転可能な、自動車のための方法および装置を提供することである。

本発明によれば、自動車の内燃機関の消費量最適化のための運転方法において、内燃機関のエンジン出力が、加速ペダル位置の関数として操作値により設定され、加速ペダルが、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能である。特定の加速ペダル位置への加速ペダルの調節により、内燃機関が、実際エンジン回転速度に関する消費量最適化エンジン出力で操作され、実際エンジン回転速度における消費量最適化エンジン出力が、結果として最小燃料消費量をもたらす。

また、本発明によれば、操作値により設定可能なエンジン出力による自動車の内燃機関の操作装置は、加速ペダル位置の関数として内燃機関のエンジン出力を操作値により設定するための加速ペダルであって、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能である加速ペダルと、第１の調節範囲の特定の加速ペダル位置への加速ペダルの調節により、実際エンジン回転速度に関する消費量最適化エンジン出力で内燃機関を操作するための制御ユニットであって、実際エンジン回転速度における消費量最適化エンジン出力が結果として最小燃料消費量をもたらす、制御ユニットと、を備えている。

さらに、加速ペダル位置が、第１の調節範囲内において、割当関数によりそれぞれの操作値に割り当てられてもよく、この場合、それぞれの操作値は、実際エンジン回転速度において最小可能エンジン出力と消費量最適化エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で内燃機関を操作する。

加速ペダル位置が、第１の調節範囲内において、定常割当関数により操作値に割り当てられてもよい。
操作値により、噴射燃料量または絞り弁開度が設定されることが好ましい。

一実施形態により、特定加速ペダル位置が最大操作位置内の加速ペダル・ストッパに対応している。
第１の調節範囲の特定の加速ペダル位置の後方に、加速ペダルの第２の調節範囲が設けられ、この場合、第１の調節範囲から第２の調節範囲への加速ペダルの操作において、第１の調節範囲内の操作に必要な操作力よりも高い操作力が必要とされる。第２の調節範囲内の加速ペダル位置が、他の割当関数により、エンジン出力を設定するためのそれぞれ他の操作値に割り当てられる。それぞれ他の操作値は、他の割当関数により、実際エンジン回転速度において消費量最適化エンジン出力と最大可能エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で内燃機関を操作する。

一実施形態により、消費量最適化運転方式とは異なる正常運転方式において、内燃機関が、特定加速ペダル位置において、実際エンジン回転速度に関する最大可能エンジン出力で操作される。

手動入力の関数として、正常運転方式または消費量低減運転方式が選択されてもよい。
他の形態により、操作値により設定可能なエンジン出力による自動車の内燃機関の操作装置が設けられている。装置は、加速ペダル位置の関数として内燃機関のエンジン出力を操作値により設定するための加速ペダルであって、この場合、加速ペダルが出発位置および特定加速ペダル位置間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能である、前記加速ペダルと、第１の調節範囲の特定加速ペダル位置への加速ペダルの調節により、実際エンジン回転速度に関する消費量最適化エンジン出力で内燃機関を操作するための制御ユニットであって、この場合、実際エンジン回転速度における消費量最適化エンジン出力は結果として最小燃料消費量をもたらす、前記制御ユニットとを含む。

さらに、加速ペダルは、第１の調節範囲に続く機械的に定義された第２の調節範囲を有して形成されていてもよく、この場合、第１の調節範囲から第２の調節範囲への加速ペダルの操作において、第１の調節範囲内の操作に必要な操作力よりも高い操作力が必要とされる。ここで、制御ユニットは、第２の調節範囲内の加速ペダル位置を、他の割当関数により、エンジン出力を設定するためのそれぞれ他の操作値に割り当てるように形成され、この場合、それぞれ他の操作値は、実際エンジン回転速度において消費量最適化エンジン出力と最大可能エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で内燃機関を操作する。

以下に本発明の好ましい実施形態を添付図面により詳細に説明する。

図１に、オットー・サイクル・エンジンに対する加速ペダル制御システムが概略図で示されている。加速ペダル制御システムは加速ペダル１を含み、加速ペダル１は制御ユニット２と結合され、制御ユニット２は、内燃機関の給気セクション４内の絞り弁３の位置を操作値により制御する。給気セクション４は、内燃機関の吸気管（図示されていない）に空気を導き、吸気管を介して空気／燃料混合物が燃焼室内に導かれる。加速ペダル１は、制御ユニット２と、例えばロッドを介して機械的に結合されているのみならず、電気的に結合されていてもよい。ここに記載の実施形態は後者に該当する。ここで、加速ペダル１に、加速ペダル位置の関数として電気抵抗を提供するために、例えばポテンショメータのような調節伝送器が設けられ、電気抵抗は制御ユニット２により測定され、電気抵抗から加速ペダル位置が決定される。代替態様として、加速ペダル位置は、例えばキャパシタンス、インダクタンス、電気信号周波数等としての他の電気変数により、制御ユニット２に提供されてもよい。この場合、加速ペダル位置は、例えば出発位置（加速ペダルの非操作位置）から最大操作位置（第１の加速ペダル位置）までの間の加速ペダル１の部分操作に対応して、対応の加速ペダル値に割り当てられる。これは、例えば加速ペダル値を％操作に直接割り当てることにより行われてもよく、例えば加速ペダル値は０−１００％の間の値をとることができる。

ここで、制御ユニット２は、提供された加速ペダル値から操作値を決定し、操作値により絞り弁３の位置が決定される。従来においては、通常、加速ペダル値を、ほぼ線形の関数または少なくとも定常な関数により操作値、即ち絞り弁位置に変換してきたので、加速ペダル１の最大操作位置においては、絞り弁は給気セクション４に対して全開し、これにより最大可能エンジン出力を供給する。しかしながら、最大エンジン出力、即ち最大トルクを達成させるための絞り弁の全開は、特定のエンジン回転速度ｎにおいてそのときに最小比燃料消費量が存在する内燃機関の消費量最適化運転には対応していない。

図２に、特定のエンジン回転速度ｎにおける最大エンジン出力を、太線の上部特性曲線で与えている線図が示されている。さらに、この線図から、特定のエンジン回転速度ｎにおける、最大エンジン出力よりも小さいエンジン出力においての燃料消費量に対する値を求めることができる。燃料消費量の値は、線図において、ｋＷｈ当たり排出される二酸化炭素ＣＯ_２の重量として等高線により与えられる。約１０００−３０００ｒｐｍの回転速度範囲内において、最大エンジン出力の約２０％下側に、破線により与えられている最適値が存在することがわかる。即ち、消費量最適化運転は、特定の回転速度において、低減された対応のエンジン出力のときに存在する。消費量最適化運転を対応の加速ペダル位置により達成することはドライバにとって不可能であり、その理由は、ドライバは、消費量最適化範囲に対する最適加速ペダル位置がいつ達成されているかに関するデータを有していないからである。

本発明の第１の実施形態により、制御ユニット２内に操作値を決定するための決定ユニットが形成され、決定ユニット内に、例えばルックアップ表内に形成されているかまたは対応の加算式等により形成されている特性曲線群（一般には、割当関数）が設けられ、これにより、加速ペダル１の加速ペダル位置を表わす加速ペダル値から、提供されたデータの関数として、瞬間エンジン回転速度ｎを介して、その最大開放位置が破線により与えられている消費量低減の最適値に対応する絞り弁位置を表わす操作値が決定される。言い換えると、ドライバは、加速ペダル１の完全操作において、即ち加速ペダルを最大操作位置にもたらしたとき、エンジンの最大可能トルクではなく、それよりも低減された、そのときに最小比燃料消費量が与えられているエンジン出力に対応するトルクを得る。

エンジンのこのような消費量低減運転方式は、例えば自動的に、エンジン制御（図示されていない）により運転方式信号Ｓによって指示されてもよい。運転方式信号Ｓのこのような自動発生は、例えば、タンク充填がタンク充填しきい値を下回ったことが指示されたときに実行されてもよい。

代替態様または追加態様として、運転方式信号Ｓは、ドライバにより手動で、例えばスイッチ操作により設定されてもよい。運転方式信号Ｓの関数として、消費量最適化運転方式において、加速ペダル位置に対応する加速ペダル値は、制御ユニット２内に存在する特性曲線群により、消費量最適化のために、絞り弁位置に対する対応の操作値に変換される。または、加速ペダル値は、通常のように、正常運転方式において、ほぼ線形関数または少なくとも定常関数により、内燃機関を対応のエンジン出力で操作するための操作値に変換されるか、ないしは加速ペダルの最大操作が最大可能エンジン出力に対する絞り弁位置に対応するように、直接絞り弁位置に対して使用される。運転方式信号Ｓは、手動操作可能なスイッチのスイッチ位置により設定されてもよく、スイッチにより、車両ドライバは、消費量最適化運転ないしは最大エンジン出力運転を選択可能である。スイッチは計器盤に配置されていてもよい。

代替態様として、スイッチは加速ペダルの終端位置（最大操作）に存在していてもよく、これにより、ドライバは、加速ペダルを完全操作したとき、消費量最適化運転方式および正常運転方式間で切換可能である。

絞り弁位置は、制御ユニット２に供給された各エンジン回転速度に対して、図２にグラフで示されている線図により、特性曲線群に基づいて決定される操作値によって設定される。２２００ｒｐｍのエンジン回転速度において、特性曲線群内に、加速ペダル値の全範囲が、消費量最適化運転において可能な、０−１４ｋＷ間のエンジン出力範囲（破線まで）に割り当てられ、これにより、最大可能加速ペダル操作は１４ｋＷのエンジン出力に対応し且つこの値に絞り弁位置に対する対応の操作値が割り当てられる。消費量非最適化運転においては、このとき、加速ペダル値の全範囲は、正常運転において可能な０−１８ｋＷ間のエンジン出力の範囲（太線まで）に割り当てられる。

本発明の他の実施形態により、出発位置と最大可能操作位置との間において加速ペダル１に機械抵抗が与えられているように設計され、機械抵抗は、加速ペダル１の第１の調節範囲内において、加速ペダルしきい値を表わす、例えば８０％の特定の加速ペダル位置までのドライバによる加速ペダルの正常操作を許容し、加速ペダルしきい値においては、加速ペダルを、加速ペダルしきい値を超えて第２の調節範囲内に、完全に最大操作位置の方向に移動させるために、増大された力が必要とされる。これは、加速ペダルしきい値において、上昇された機械抵抗を有するしきい値のみが超えられるように実行されていてもよく、この場合、しきい値を超えたのちに、加速ペダル１を、特定の加速ペダル位置手前の範囲内においてと同じ抵抗で移動させることができる。

代替態様として、加速ペダルしきい値に対応する加速ペダル位置以降の機械抵抗が、加速ペダル１の最大操作位置まで上昇されていてもよく、これにより、ドライバは、加速ペダル１をさらに操作したときの増大された反力により、ドライバは、車両が消費量非最適化運転方式内に存在することを感知する。加速ペダルの反力を決定する機械抵抗は、加速ペダルしきい値に対応する加速ペダル位置以降の範囲内において、加速ペダル１の最大操作位置まで可変であってもよい。特に、このために、機械抵抗は、加速ペダルの操作の増大と共に上昇するように形成されていてもよい。

この実施形態においては、制御ユニット２は、出発位置と加速ペダルしきい値との間の加速ペダル値を、消費量最適化設定のために、特性曲線群により絞り弁に割り当てるように形成され、これにより、加速ペダルしきい値に対応する特定の加速ペダル位置において、特定のエンジン回転速度ｎにおける最小比燃料消費量に対応する、内燃機関（絞り弁）を操作するための操作値が得られる。加速ペダルしきい値における抵抗により、ドライバは、加速ペダル１を操作しているときに、消費量最適化運転において供給可能な最大エンジン出力がいつ達成されたかを感知する。

ドライバが消費量最適化運転から離れて上昇されたエンジン出力を供給したい場合、ドライバは、増大された加速ペダル反力により、特定の加速ペダル位置における抵抗に打ち勝ち且つ増大されたエンジン出力を供給することができる。しかしながら、加速ペダル１の上昇された抵抗により、ドライバは、このとき消費量最適化運転から離れたことがわかる。加速ペダル１をリセットすることにより、ドライバはそのまま再び消費量最適化運転に戻ることができる。

第２の実施形態において、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の加速ペダル値は、０から、消費量最適化運転における最大エンジン出力、即ち最小比燃料消費量を有するエンジン出力までに割り当てられる。特定の加速ペダル位置と最大操作加速ペダル位置との間の加速ペダル位置は、それに対応して、最小比燃料消費量におけるエンジン出力から所定のエンジン回転速度ｎにおける最大可能エンジン出力までの間の範囲に割り当てられる。

本方法は、ディーゼル・エンジンにおいても使用可能であり、この場合、絞り弁３の設定の代わりに、ディーゼル・エンジンにおいては、操作値により噴射燃料量が設定可能である。

本発明の一実施形態による、加速ペダル位置の関数として操作する内燃機関の操作装置の概略図である。 回転速度および出力の関数としての内燃機関の消費量最適化運転方法を示す線図である。

符号の説明

１ 加速ペダル
２ 制御ユニット
３ 絞り弁
４ 給気セクション
ｎ、ｎ_Ｍ エンジン回転速度
ｐ_Ｍ エンジン出力
Ｓ 運転方式信号

Claims (10)

1. 内燃機関のエンジン出力が、加速ペダル位置の関数として操作値により設定されること、
   加速ペダル（１）が、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能であること、
   前記特定の加速ペダル位置への加速ペダル（１）の調節により、内燃機関が、実際エンジン回転速度（ｎ）に関する消費量最適化エンジン出力で操作され、前記実際エンジン回転速度における消費量最適化エンジン出力が、結果として最小燃料消費量をもたらすこと、
   を特徴とする自動車の内燃機関の消費量最適化のための運転方法。
2. 前記加速ペダル位置が、前記第１の調節範囲内において、割当関数によりそれぞれの前記操作値に割り当てられ、それぞれの前記操作値は、前記実際エンジン回転速度において、最小可能エンジン出力と前記消費量最適化エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で、内燃機関を操作することを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 前記加速ペダル位置が、前記第１の調節範囲内において、定常割当関数により前記操作値に割り当てられることを特徴とする請求項２に記載の運転方法。
4. 前記操作値により、噴射燃料量または絞り弁（３）開度が設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の運転方法。
5. 前記特定の加速ペダル位置が、最大操作位置での加速ペダル・ストッパに対応することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. 前記第１の調節範囲の前記特定の加速ペダル位置の後方に、加速ペダル（１）の第２の調節範囲が設けられ、前記第１の調節範囲から前記第２の調節範囲への加速ペダル（１）の操作において、前記第１の調節範囲内の操作に必要な操作力よりも高い操作力が必要とされること、
   前記第２の調節範囲内の加速ペダル位置が、他の割当関数により、前記エンジン出力を設定するためのそれぞれ他の操作値に割り当てられること、
   前記それぞれ他の操作値は、前記他の割当関数により、前記実際エンジン回転速度において前記消費量最適化エンジン出力と最大可能エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で、内燃機関を操作すること、
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の運転方法。
7. 前記消費量最適化の運転方式とは異なる正常運転方式において、内燃機関が、前記特定の加速ペダル位置において、前記実際エンジン回転速度に関する最大可能エンジン出力で操作されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の運転方法。
8. 手動入力の関数として、加速ペダル（１）の最大操作により、前記正常運転方式または前記消費量最適化の運転方式が選択されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の運転方法。
9. 加速ペダル位置の関数として内燃機関のエンジン出力を操作値により設定するための加速ペダル（１）であって、出発位置と特定の加速ペダル位置との間の機械的に定義された第１の調節範囲内において調節可能である加速ペダル（１）と、
   第１の調節範囲の前記特定の加速ペダル位置への前記加速ペダルの調節により、実際エンジン回転速度に関する消費量最適化エンジン出力で内燃機関を操作するための制御ユニット（２）であって、実際エンジン回転速度における前記消費量最適化エンジン出力は結果として最小燃料消費量をもたらす、制御ユニット（２）と、
   を備えた、操作値により設定可能なエンジン出力による自動車の内燃機関の操作装置。
10. 加速ペダル（１）は、前記第１の調節範囲に続く機械的に定義された第２の調節範囲を有して形成され、前記第１の調節範囲から前記第２の調節範囲への加速ペダル（１）の操作において、前記第１の調節範囲内の操作に必要な操作力よりも高い操作力が必要とされること、
    制御ユニット（２）は、前記第２の調節範囲内の加速ペダル位置を、他の割当関数により、前記エンジン出力を設定するためのそれぞれ他の操作値に割り当てるように形成され、前記それぞれ他の操作値は、前記実際エンジン回転速度において前記消費量最適化エンジン出力と最大可能エンジン出力との間に存在する対応のエンジン出力で、内燃機関を操作すること、
    を特徴とする請求項９に記載の操作装置。

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